PLC在工业机械手的应用研究.docx

PLC在工业机械手的应用研究 胡伟刚摘 要工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。PLC 控制机械手体积小且可以在现场修改和调试程序，达到对生产要求的随时改变；因此应用PLC 控制机械手可以实现各种规定的工序动作，可以简化控制线路，节省成本，提高劳动生产率。关键词PLC；工业机械手；可编控制器；应用机械手顾名思义他能够实现人类手的部分功能，可以按设计的目的要求实现相关的动作，比如抓取物料，搬运东西等一些简单的动作。这种自动化装置可以代替生产车间里面繁重的人力劳动以及代替工人在一些高危环境，高危行业里面进行作业。工业机械手是近年来发展起来的高科技设备，它涉及机械，力学，自动控制，传感器，计算机等领域，是一个跨学科的综合性技术。由于机械手在工业部门的强大作用，必然为国民经济领域带来广泛的发展空间。为此对工业机械手的研究显得很有必要。机械手在工业自动化生产中得到了广泛的应用，如：机械手在电镀车间把电镀零件从原位送到镀槽，从镀槽送到回收液槽等中的应用、机械手在工厂自动化运输线中把工件从一条传输带搬到另一条传输带上的应用等等。它可以减少人的重复操作，还可以完成人无法完成的操作，从而大大提高工业生产效率。机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。构成机械手传动及控制的主要部件是：步进电机及其驱动器，PLC，直流电机驱动及其他部分。现将主要部分主要功能介绍如下。一、机械手的概述和工作原理1.机械手的概述。机械手是指可以帮助人类实现手的部分功能的设备，他可以依据设计来完成一些要求，进而实现相关的一些动作。例如，搬运东西、抓取某些东西等一些最基本的动作。该种自动化装置不仅可以减轻人们的体力劳动，而且也可以代替一些工人在高危环境下的工作，减少危险的发生。工业机械手作为一项科技含量高的设备，包括很多领域：比如自动控制、机械、计算机以及力学等。考虑到机械手在当前工业上具有如此强大的作用，因此研究工业机械手是非常重要的工作。而PLC是为工业机械而设计的一种电子控制系统，自二十世纪六十年代开始发展便受到了各个行业的欢迎。PLC技术将微电子技术、自动控制技术、计算机技术以及通讯技术进行了融合，从而使用户可以通过对应用程序进行编写来控制整个生产过程。基于PLC稳定性强以及可靠性高的优点，已经成为现代工业生产的主导控制产品。2.机械手的工作原理。机械手主要是由控制系统、驱动系统、位置监测的装置、以及执行机构四个部件组成。机械手在PLC程序的控制条件下，运用PLC的传动方式，进而完成执行机构等相应部位需要做的规定动作，有运动的轨迹，有顺序以及一定的时间和速度的动作。与此同时可以依照控制系统发出的信息向执行机构发出相应的指令，有时也会对机械手的某些动作进行实时的监控，一旦动作发生错误或者是机械出现故障，那么随即发出报警信号。而位置监测的装置则会随时把执行机构的具体位置反馈到控制系统，并会与设定的位置做比较，最后通过PLC控制系统对执行机构位置不合适的地方进行调整，进而使执行机构以一定的精度在设定的位置上工作。二、PLC技术的概述PLC是一种电子系统，技术的核心主要是应用数字的计算来实现控制设备。PLC主要是根据当前的工业机械情况进行设计，运用当前的可编程存储器使内部的流程控制更顺利，存储的逻辑计算以及计时和定时等各个功能的操作更便捷、准确。通过数字信号和模拟信号之间完成输入和输出，从而更好的控制设备生产操作。在二十世纪九十年代初，PLC主要应用在开关量相对比较多的系统。如今PLC的应用范围扩展到现场总线的控制系统中，复杂的工业机械生产对PLC的应用也越来越广泛。PLC技术的特点：1.成本低。首先，由于微处理器以及电子元件得到了大量应用，使成本得到了有效降低，PLC的价格也随之降低了很多。其次PLC的结点非常高度集中，代替了很多继电器，从而降低了一次性的投资成本。2.功能强大。随着社会的快速发展，计算机的软件和硬件也得到了快速的发展。因此，PLC的适用性更强。与此同时，解决了许多在工业生产线上面临的问题，比如对大量的信息处理和设备的运转等。3.通讯技术与PLC技术的完美结合。当前全世界的通讯主站和从站都是基于PLC技术。正是两者的完美结合，才使得PLC技术在通讯行业有着不可替代的作用。三、PLC 控制器与步进电机驱动器连接的工作原理图中脉冲信号发生电路用以产生步进脉冲信号，其频率按步进电机进给速度的要求设计，步进量采用步进脉冲计数法进行控制，具体做法就是PLC的调整脉冲输入端和调整脉冲计数器对进给脉冲计数，按脉冲的个数控制进给量。采用硬件脉冲信号发生电路，工作频率较高，可在数控装置中作多轴插补控制，亦可方便地用于各种机械装置的驱动。PLC控制器与步进电机驱动器工作原理：驱动器电源由面板上电源模块提供，注意正负极性，驱动器信号端采用+24V供电，需加1.5K限流电阻。驱动器输入端为低电平有效。四、工业机械手PLC 控制系统的控制要求控制要求：实现把放在A地的物块拿到B地。并实现对机械手各动作的顺序控制。机械手传送工件系统示意图。以机械手复位点为原点O（0，0，0），建立坐标系，单位为mm。A地的坐标是（80，50，0），B地的坐标为（80，50，30）。根据控制要求，逻辑流程可以分为15个部分。系统启动时，程序运行复位，各映象寄存器清0，气夹、基座、X轴、Y轴复位。各部位复位完成后，延时2秒。当有工件放在工作台A上时，启动条件允许，则机械手横轴开始前伸80mm。当前伸到位时，停止前伸，机械手气夹旋转，旋转到位后，手张开（Q1.0=0）。然后机械手竖轴下降，下降50mm时，停止下降。这时手开始夹紧工件（Q1.0=0），同时启动延时0.5s（可以取T40）。待T40时间到，竖轴开始上升50mm，上升到位时，停止上升。机械手横轴开始缩回80mm，当到后位时，停止缩回。这时基座开始旋转，并产生一个Vpp为24V的方波信号，每旋转3编码器发出一个脉冲，用于机械手的定位控制。旋转到位后，横轴开始前伸80mm，当前伸到位后，停止前伸。手开始旋转。旋转到位后，竖轴开始下降50mm，当下降到低位时，停止下降。机械手在低位时开始松开工件，同时启动延时0.5s定时器（T40）。待延时时间到，竖轴又开始上升。并通过程序，实现机械手软件复位。机械手等待工作台A再一次有物块时，进行下一周期操作。五、结语本文介绍了工业机械手的主要部分、机械手控制流程以及控制过程中应解决的主要问题。PLC控制器与步进电机驱动器连接工作可实现机械手的定位精准，最终可实现机械手在空间中的准确定位并抓放物体。本系可以根据机械手的不同作业要求，编程设计不一样的程序来实现预期的动作结果；很大程度上方便了用户企业使用者的调试。综上研究结果，本系统功能灵活，可实现动作多样，调试方便，定位快速，并可以根据用户相关控制需要调整参数，实现人机智能化。总之，工业机械手是工业上经常使用的一种设备，将PLC控制应用于工业机械手上可以根据机械手的不同作业要求，编程设计不一样的程序来实现预期的动作结果，从而满足生产线上对控制单元的要求，同时具备结构简单、价格适宜以及性能可靠的优点，实现人机智能化，并得到了广泛的应用与推广。参考文献：1邓昌奇，熊德琴.张立斌.PLC在工业机械手中的应用研究J.机电工程技术，2004（04）.2杨存智.PLC在自动化生产机械手中的应用J.机床电器，2006（01）.3范淇元.基于PLC的工业机械手控制系统设计J.机械工程师，2012（04）. -全文完-